Питання КСЄ 42

Гіпотези походження життя землі

1. Креаціонізм

2. Мимовільне (спонтанне) зародження

3.Гіпотеза панспермії

4.Гіпотеза біо хімічної еволюції

5. Стаціонарний стан

1. Креаціонізм. Відповідно до цієї концепції, життя і всі види живих істот, що населяють Землю, є результатом творчого акту вищої істоти в якийсь певний час. Основні положення креаціонізму викладені у Біблії, у Книзі Буття. Процес божественного створення світу мислиться як той, що мав місце лише один раз і тому недоступний для спостереження. Цього достатньо, щоб винести всю концепцію божественного створення за межі наукового дослідження. Наука займається тільки тими явищами, які піддаються спостереженню, а тому вона ніколи не зможе ні довести, ні відкинути цю концепцію.

2. Мимовільне (спонтанне) зародження. Ідеї ​​походження живих істот з неживої матері були поширені в Стародавньому Китаї, Вавилоні, Єгипті. Найбільший філософ Стародавньої Греції Аристотель висловив думку про те, що певні «частинки» речовини містять якийсь «активний початок», який за сприятливих умов може створити живий організм.

Ван Гельмонт (1579-1644), голландський лікар та натурфілософ, описав експеримент, у якому він за три тижні нібито створив мишей. Для цього потрібні були брудна сорочка, темна шафа та жменя пшениці. Активним початком у процесі зародження миші Ван Гельмонт уважав людський піт. І до появи в середині Х століття робіт засновника мікробіології Луї Пастера це вчення продовжувало знаходити прихильників.

Розвиток ідеї самозародження відноситься, по суті, до тієї епохи, коли в суспільній свідомості панували релігійні уявлення. Ті філософи та натуралісти, які не хотіли приймати церковного вчення про «створення життя», за тогочасного рівня знань легко приходили до ідеї його самозародження. Тією мірою, якою, на противагу вірі у створення, підкреслювалася думка про природне виникнення організмів, ідея самозародження мала певному етапі прогресивне значення. Тому проти цієї ідеї часто виступали Церква та теологи.

3. Гіпотеза панспермії.Згідно з цією гіпотезою, запропонованою в 1865р. німецьким вченим Г. Ріхтером і остаточно сформульованою шведським ученим Арреніусом в 1895 р. життя могло бути занесене на Землю з космосу. Найімовірніше попадання живих організмів позаземного походження з метеоритами та космічним пилом. Це припущення ґрунтується на даних про високу стійкість деяких організмів та їх суперечку до радіації, глибокого вакууму, низьких температур та інших впливів. Проте досі немає достовірних фактів, що підтверджують позаземне походження мікроорганізмів, знайдених у метеоритах. Але якби навіть вони потрапили на Землю і дали початок життя на нашій планеті, питання про первісне виникнення життя залишалося б без відповіді.

4. Гіпотеза біохімічної еволюції. У 1924 р. біохіміком А. І. Опаріним, а пізніше англійським вченим Дж. Холдейном (1929) була сформулювала гіпотеза, що розглядає життя як результат тривалої еволюції вуглецевих сполук.

Нині у процесі становлення життя умовно виділяють чотири етапи:

1. Синтез низькомолекулярних органічних сполук (біологічних мономерів) з газів первинної атмосфери.

2. Утворення біологічних полімерів.

3. Формування фазовідокремлених систем органічних речовин, відокремлених від довкілля мембранами (протобіонтів).

4. Виникнення найпростіших клітин, що мають властивості живого, у тому числі репродуктивним апаратом, що забезпечує передачу дочірнім клітинам властивостей батьківських клітин.

«ПЕРВИННИЙ БУЛЬЙОН» (не обов'язково)

У 1923 р. російський вчений Олександр Іванович Опарін припустив, що в умовах первісної Землі органічні речовини виникали з найпростіших сполук - аміаку, метану, водню та води. Енергія, необхідна для подібних перетворень, могла бути отримана або від ультрафіолетового випромінювання, або від частих електричних грозових розрядів - блискавок. Можливо, ці органічні речовини поступово накопичувалися у Стародавньому океані, утворюючи первинний бульйон, у якому і зародилося життя

За гіпотезою А. І. Опаріна, в первинному бульйоні довгі ниткоподібні молекули білків могли згортатися в кульки, «склеюватися» один з одним, укрупняючись. Завдяки цьому вони ставали стійкими до руйнівної дії прибою та ультрафіолетового випромінювання. Відбувалося щось подібне до того, Що можна спостерігати, вилив на блюдце ртуть з розбитого градусника: ртуть, що розсипалася на безліч дрібних крапельок, поступово збирається в краплі трохи більше, а потім - в одну велику кульку. Білкові «кульки» у «первинному бульйоні» притягували себе, пов'язували молекули води, і навіть жирів. Жири осідали на поверхні білкових тіл, обволікаючи їх шаром, структура якого віддалено нагадувала клітинну мембрану. Цей процес Опарин назвав коацервацією (від латів. соасеrvus - «потік»), а ті тіла, що виходять, - коацерватними краплями, або просто коацерватами. З часом коацервати поглинали з навколишнього розчину все нові порції речовини, їх структура ускладнювалася доти, поки вони не перетворилися на дуже примітивні, але вже живі клітини.

5. Стаціонарний стан

Відповідно до теорії стаціонарного стану, Земля будь-коли виникала, а існувала вічно; вона завжди була здатна підтримувати життя, а якщо змінювалася, то дуже незначно. Відповідно до цієї версії, види також ніколи не виникали, вони існували завжди, і кожен вид має лише дві можливості - або зміну чисельності, або вимирання.

Питання походження життя на Землі — одне з найбільших складних питань сучасного природознавства, який дотепер немає однозначної відповіді.

Існує кілька теорій походження життя на Землі, найбільш відомі з яких:

• теорія мимовільного (спонтанного) зародження;
• теорія креаціонізму (чи створення);
• теорія стаціонарного стану;
• теорія панспермії;
• теорія біохімічної еволюції (теорія А.І. Опаріна).

Розглянемо основні тези цих теорій.

Теорія мимовільного (спонтанного) зародження

Теорія мимовільного зародження життя була поширена у Стародавньому світі — Вавилоні, Китаї, Стародавньому Єгипті та Стародавню Грецію (цієї теорії дотримувався, зокрема, Аристотель).

Вчені Стародавнього світуі середньовічної Європи вірили в те, що живі істоти постійно виникають із неживої матерії: черв'яки — з бруду, жаби — з тину, світлячки — з ранкової роси тощо. Так, відомий голландський вчений 17 ст. Ван-Гельмонт цілком серйозно описував у своєму науковому трактаті досвід, у якому він за 3 тижні отримав у замкненій темній шафі мишей безпосередньо з брудної сорочки та жмені пшениці. Вперше широко поширену теорію наважився піддати експериментальній перевірці італійський учений Франческо Реді (1688). Він помістив кілька шматків м'яса в судини і частину їх закрив кисеєю. У відкритих судинах на поверхні м'яса, що гниє, з'явилися білі черв'ячки — личинки мух. У судинах, прикритих кисеєю, личинки мух були відсутні. Таким чином Ф. Реді вдалося довести, що личинки мух з'являються не з м'яса, що гниє, а з яєць, відкладених мухами на його поверхню.

У 1765 р. відомий італійський учений та лікар Ладзаро Спаланцані прокип'ятив у запаяних скляних колбах м'ясні та овочеві бульйони. Бульйони в запаяних колбах не псувалися. Він зробив висновок, що під дією високої температури загинули всі живі істоти, здатні викликати псування бульйону. Проте досліди Ф. Реді та Л. Спаланцані переконали далеко не всіх. Вчені-віталісти (від лат. vita- життя) вважали, що у прокип'яченому бульйоні немає самозародження живих істот, оскільки у ньому руйнується особлива « життєва сила», яка не може проникнути в запаяну посудину, оскільки переноситься повітрям.

Суперечки щодо можливості самозародження життя активізувалися у зв'язку з відкриттям мікроорганізмів. Якщо складні живі істоти не можуть самозароджуватись, можливо, це можуть мікроорганізми?

У зв'язку з цим у 1859 р. французька Академія оголосила про присудження премії тому, хто остаточно вирішить питання можливості чи неможливості самозародження життя. Цю премію отримав у 1862 р. знаменитий французький хімік та мікробіолог Луї Пастер. Так само як Спаланцані, він прокип'ятив поживний бульйон у скляній колбі, але колба була не звичайна, а з шийкою у вигляді 5-подібної трубки. Повітря, а отже і «життєва сила», могли проникати в колбу, але пил, а разом з нею і мікроорганізми, що були в повітрі, осідали в нижньому коліні 5-подібної трубки, і бульйон у колбі залишався стерильним (рис. 1). Однак варто було зламати горло колби або обполоснути стерильним бульйоном нижнє коліно 5-подібної трубки, як бульйон починав швидко каламутніти - у ньому з'являлися мікроорганізми.

Таким чином, завдяки роботам Луї Пастера теорія самозародження була визнана неспроможною і в науковому світі утвердилася теорія біогенезу, коротке формулювання якої "все живе - від живого".

Рис. 1. Пастерівська колба

Однак, якщо всі живі організми в історично доступний для огляду період розвитку людства походять тільки від інших живих організмів, природно виникає питання: коли і яким чином з'явилися на Землі перші живі організми?

Теорія креаціонізму

Теорія креаціонізмупередбачає, що це живі організми (чи тільки найпростіші їх форми) були у певний періодчасу створені («сконструйовані») якимось надприродним істотою (божеством, абсолютною ідеєю, надрозумом, надцивілізацією і т.п.). Очевидно, що саме цієї точки зору з давніх-давен дотримувалися послідовники більшості провідних релігій світу, зокрема християнської релігії.

Теорія креаціонізму й у час досить поширена, причому у релігійних, а й у наукових колах. Зазвичай її використовують для пояснення найбільш складних, які не мають на сьогоднішній день вирішення питань біохімічної та біологічної еволюції, пов'язаних з виникненням білків та нуклеїнових кислот, формуванням механізму взаємодії між ними, виникненням та формуванням окремих складних органел або органів (таких, як рибосома, око чи мозок). Актами періодичної «створення» пояснюється і відсутність чітких перехідних ланок від одного типу тварин
до іншого, наприклад від черв'яків до членистоногих, від мавпи до людини і т.п. Необхідно підкреслити, що філософська суперечка про первинність свідомості (надрозуму, абсолютної ідеї, божества) або матерії принципово не вирішимо, однак, оскільки спроба пояснити будь-які труднощі сучасної біохімії та еволюційної теоріїпринципово незбагненними надприродними актами творіння виводить ці питання за межі наукових досліджень, теорію креаціонізму не можна віднести до розряду наукових теорійпоходження життя Землі.

Теорії стаціонарного стану та панспермії

Обидві ці теорії є взаємодоповнюючі елементи єдиної картини світу, сутність якої полягає в наступному: всесвіт існує вічно і в ньому вічно існує життя (стаціонарний стан). Життя переноситься з планети на планету «насінини життя», що подорожують у космічному просторі, які можуть входити до складу комет і метеоритів (панспермія). Таких поглядів походження життя дотримувався, зокрема, основоположник вчення про біосфері академік В.І. Вернадський.

Однак теорія стаціонарного стану, що передбачає нескінченно довге існування всесвіту, не узгоджується з даними сучасної астрофізики, згідно з якими всесвіт виник порівняно недавно (близько 16 млрд років т.зв.) шляхом первинного вибуху.

Очевидно, що обидві теорії (панспермії та стаціонарного стану) взагалі не пропонують пояснення механізму первинного виникнення життя, переносячи його на інші планети (панспермія) або відсуваючи за часом у нескінченність (теорія стаціонарного стану).

Теорія біохімічної еволюції (теорія А.І. Опаріна)

З усіх теорій походження життя найбільш поширеною та визнаною у науковому світі є теорія біохімічної еволюції, запропонована у 1924 р. радянським біохіміком академіком А.І. Опаріним (1936 р. він докладно виклав її у своїй книзі «Виникнення життя»).

Сутність цієї теорії у тому, що біологічної еволюції — тобто. появі, розвитку та ускладнення різних формживих організмів, передувала хімічна еволюція — тривалий період історії Землі, пов'язані з появою, ускладненням і вдосконаленням взаємодії між елементарними одиницями, «цеглинками», у тому числі складається все живе — органічними молекулами.

Передбіологічна (хімічна) еволюція

На думку більшості вчених (насамперед астрономів та геологів), Земля сформувалася як небесне тіло близько 5 млрд років т.зв. шляхом конденсації частинок газопилової хмари, що оберталася навколо Сонця.

Під впливом сил стиснення частки, у тому числі формується Земля, виділяють дуже багато тепла. У надрах Землі починаються термоядерні реакції. В результаті Земля сильно розігрівається. Таким чином, 5 млрд. років т.зв. Земля була розпечена куля, що мається в космічному просторі, температура поверхні якої досягала 4000-8000°С (сміху. 2).

Поступово за рахунок випромінювання теплової енергії в космічний простір Земля починає остигати. Близько 4 млрд. років т.зв. Земля остигає настільки, що на її поверхні формується тверда кора; одночасно з її надр вириваються легкі, газоподібні речовини, що піднімаються вгору і формують первинну атмосферу. За складом первинна атмосфера суттєво відрізнялася від сучасної. Вільний кисень в атмосфері древньої Землі, мабуть, був відсутній, а до її складу входили речовини у відновленому стані, такі як водень (Н 2), метан (СН 4), аміак (NH 3), пари води (Н 2 О ), а можливо, також азот (N 2), окис і двоокис вуглецю (ЗІ і С0 2).

Відновлювальний характер первинної атмосфери Землі надзвичайно важливий для зародження життя, оскільки речовини у відновленому стані мають високу реакційною здатністюй у певних умов здатні взаємодіяти друг з одним, утворюючи органічні молекули. Відсутність в атмосфері первинної Землі вільного кисню (майже весь кисень Землі був пов'язаний у вигляді оксидів) також є важливою передумовою виникнення життя, оскільки кисень легко окислює і тим самим руйнує органічні сполуки. Тому за наявності в атмосфері вільного кисню накопичення на давньої Землізначної кількості органічних речовин було б неможливо.

Близько 5 млрд. років т.п.- Поява Землі як небесного тіла; температура поверхні - 4000-8000 ° С

Близько 4 млрд. років т.зв. -формування земної кори та первинної атмосфери

При температурі 1000°С- У первинній атмосфері починається синтез простих органічних молекул

Енергію для синтезу дають:

Температура первинної атмосфери нижче 100 ° С - формування первинного океану.

Синтез складних органічних молекул - біополімерів із простих органічних молекул:

• прості органічні молекули - мономери
• складні органічні молекули - біополімери

Схема. 2. Основні етапи хімічної еволюції

Коли температура первинної атмосфери досягає 1000°С, у ній починається синтез простих органічних молекул, таких, як амінокислоти, нуклеотиди, жирні кислоти, прості цукру, багатоатомні спирти, органічні кислоти та ін. Енергію для синтезу постачають грозові розряди випромінювання і, нарешті, ультрафіолетове випромінювання Сонця, від якого Земля ще не захищена озоновим екраном, причому саме ультрафіолетове випромінювання вчені вважають основним джерелом енергії для абіогенного (тобто синтезу органічних речовин, що проходить без участі живих організмів).

Визнання та широкому поширеннютеорії А.І. Опарину багато в чому сприяло те, що абіогенного синтезу органічних молекул легко відтворюються в модельних експериментах.

Можливість синтезу органічних речовин із неорганічних була відома з початку 19 ст. Вже 1828 р. видатний німецький хімік Ф. Велер синтезував органічну речовину — сечовину з неорганічної — ціановокислого амонію. Однак можливість абіогенного синтезу органічних речовин в умовах, близьких до умов древньої Землі, була вперше показана у досвіді С. Міллера.

У 1953 р. молодий американський дослідник, студент- дипломник університету Чикаго Стенлі Міллер відтворив у скляній колбі з впаяними в ніс електродами первинну атмосферу Землі, яка, на думку вчених того часу, складалася з водню метану СН 4 , аміаку NH, і парів води 20 (рис. 3). Через цю газову суміш С. Міллер протягом тижня пропускав електричні розряди, що імітують грозові. Після закінчення експерименту в колбі були виявлені α-амінокислоти (гліцин, аланін, аспарагін, глутамін), органічні кислоти (бурштинна, молочна, оцтова, глікоколова), у-оксимасляна кислота та сечовина. При повторенні досвіду С. Міллер вдалося отримати окремі нуклеотиди і короткі полінуклеотидні ланцюжки з п'яти-шості ланок.

Рис. 3. Встановлення С. Міллера

У подальших дослідах з абіогенного синтезу, що проводяться різними дослідниками, Використовувалися не тільки електричні розряди, але й інші види енергії, характерні для древньої Землі, - космічне, ультрафіолетове та радіоактивне випромінювання, високі температури, притаманні вулканічній діяльності, а також різноманітні варіанти газові суміші, що імітують первинну атмосферу В результаті було отримано практично весь спектр органічних молекул, характерних для живого: амінокислоти, нуклеотиди, жироподібні речовини, прості цукри, органічні кислоти.

Більше того, абіогенний синтез органічних молекул може відбуватися на Землі й нині (наприклад, у процесі вулканічної діяльності). При цьому в вулканічних викидах можна виявити не тільки синильну кислоту HCN, яка є попередником амінокислот і нуклеотидів, а й окремі амінокислоти, нуклеотиди і навіть такі складні органічні речовини, як порфірини. Абіогенний синтез органічних речовин можливий не лише на Землі, а й у космічному просторі. Найпростіші амінокислоти виявлені у складі метеоритів та комет.

Коли температура первинної атмосфери опустилася нижче 100 ° С, на Землю обрушилися гарячі дощі та з'явився первинний океан. З потоками дощу в первинний океан надходили абіогенно синтезовані органічні речовини, що перетворило його, але образне вираження англійського біохіміка Джона Холдейна, в розведений «первинний бульйон». Очевидно, саме у первинному океані починаються процеси освіти з простих органічних молекул – мономерів складних органічних молекул – біополімерів (див. рис. 2).

Однак процеси полімеризації окремих нуклеогідів, амінокислот і Сахаров - це реакції конденсації, вони протікають з відщепленням води, отже, водне середовище сприяє не полімеризації, а, навпаки, гідроліз біополімерів (тобто руйнування їх з приєднанням води).

Утворення біополімерів (зокрема білків з амінокислот) могло відбуватися в атмосфері при температурі близько 180°С, звідки вони змивалися в первинний океан з атмосферними опадами. Крім того, можливо, на древній Землі амінокислоти концентрувалися в водоймах, що пересихають, і полімеризувалися в сухому вигляді під дією ультрафіолетового світла і тепла лавових потоків.

Незважаючи на те, що вода сприяє гідролізу біополімерів, в живій клітині синтез біополімерів здійснюється саме у водному середовищі. Цей процес каталізують спеціальні білки-каталізатори - ферменти, а необхідна для синтезу енергія виділяється при розпаді аденозинтрифосфорної кислоти - АТФ. Можливо синтез біополімерів у водному середовищі первинного океану каталізувався поверхнею деяких мінералів. Експериментально показано, що розчин амінокислоти аланіну може полімеризуватися у водному середовищі у присутності особливого виду глинозему. При цьому утворюється пептид поліаланіну. Реакція полімеризації аланіну супроводжується розпадом АТФ.

Полімеризація нуклеотидів проходить легше, ніж полімеризація амінокислот. Показано, що в розчинах з високою концентрацією солей окремі нуклеотиди мимоволі полімеризуються, перетворюючись на нуклеїнові кислоти.

Життя всіх сучасних живих істот – це процес безперервної взаємодії найважливіших біополімерів живої клітини – білків та нуклеїнових кислот.

Білки - це "молекули-робітники", "молекули-інженери" живої клітини. Характеризуючи їх роль обміні речовин, біохіміки часто використовують такі образні висловлювання, як «білок працює», «фермент веде реакцію». Найважливіша функціябілків-каталітична. Як відомо, каталізатори - це речовини, які прискорюють хімічні реакції, але самі кінцеві продукти реакції не входять. Бачки-каталізатори називаються ферментами.Ферменти у зігні та тисячі разів прискорюють реакції обміну речовин. Обмін речовин, отже, життя без них неможливі.

Нуклеїнові кислоти - Це "молекули-комп'ютери", молекули - зберігачі спадкової інформації. Нуклеїнові кислоти зберігають інформацію не про всі речовини живої клітини, а лише про білки. Достатньо відтворити в дочірній клітині білки, властиві материнській клітині, щоб вони точно відтворили всі хімічні та структурні особливості материнської клітини, а також властивий їй характер та темпи обміну речовин. Самі нуклеїнові кислоти також відтворюються завдяки каталітичної активностібілків.

Таким чином, таємниця зародження життя - це таємниця виникнення механізму взаємодії білків та нуклеїнових кислот. Які ж відомості про цей процес має сучасна наука? Які молекули стали первинною основою життя — білки чи нуклеїнові кислоти?

Вчені вважають, що попри ключову роль білків в обміні речовин сучасних живих організмів, першими «живими» молекулами були білки, а нуклеїнові кислоти, саме рибонуклеїнові кислоти (РНК).

1982 р. американський біохімік Томас Чек відкрив автокаталітичні властивості РНК. Він експериментально показав, що в середовищі, що містить в високої концентраціїмінеральні солі, рибонуклеотиди спонтанно (самовільно) полімеризуються, утворюючи полінуклеотиди – молекули РНК. На вихідних полінуклеотидних ланцюгах РНК, як на матриці, шляхом парування комплементарних азотистих основ утворюються копії РНК. Реакція матричного копіювання РНК каталізується вихідною молекулою РНК і вимагає участі ферментів чи інших білків.

Подальші події досить добре пояснюються процесом, який можна назвати «природним відбором» лише на рівні молекул. При самокопіюванні (самоскладання) молекул РНК неминуче виникають неточності, помилки. Копії РНК, що містять помилки, знову копіюються. При повторному копіюванні можуть виникнути помилки. Через війну населення молекул РНК певному ділянці первинного океану буде неоднорідна.

Оскільки паралельно з процесами синтезу йдуть і процеси розпаду РНК, в реакційному середовищі будуть накопичуватися молекули, які мають або більшу стабільність, або кращі автокаталітичні властивості (тобто молекули, які швидше себе копіюють, швидше «розмножуються»).

На деяких молекулах РНК, як і на матриці, може відбуватися самоскладання невеликих білкових фрагментів - пептидів. Навколо молекули РНК утворюється білковий "чохол".

Поряд із автокаталітичними функціями Томас Чек виявив у молекул РНК і явище самосплайсингу. Через війну самосплайсинга ділянки РНК, не захищені пептидами, мимоволі видаляються з РНК (вони хіба що «вирізуються» і «викидаються»), а ділянки РНК, що кодують білкові фрагменти, «зростаються», тобто. мимовільно поєднуються в єдину молекулу. Ця нова молекула РНК вже кодуватиме великий складний білок (рис. 4).

Очевидно, спочатку білкові чохли виконували в першу чергу, захисну функцію, оберігаючи РНК від руйнування і підвищуючи тим самим її стабільність у розчині (така функція білкових чохлів і найпростіших сучасних вірусів).

Очевидно, що на певному етапі біохімічної еволюції перевагу набули молекули РНК, що кодують не тільки захисні білки, а й білки-каталізатори (ферменти), що різко прискорюють швидкість копіювання РНК. Очевидно, саме таким чином і виник процес взаємодії білків та нуклеїнових кислот, який ми нині називаємо життям.

У процесі подальшого розвитку, завдяки появі білка з функціями ферменту — зворотної транскриптази, на одноланцюжкових молекулах РНК стали синтезуватися молекули, що складаються з двох ланцюгів, дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК). Відсутність у дезоксирибози ОН-групи в 2" положенні робить молекули ДНК більш стабільними по відношенню до гідролітичного розщеплення в слаболужних розчинах, а саме слаболужною була реакція середовища в первинних водоймищах (ця реакція середовища збереглася і в цитоплазмі сучасних клітин).

Де ж відбувався розвиток складного процесу взаємодії білків та нуклеїнових кислот? За теорією А.І. Опаріна місцем зародження життя стали так звані коацерватні краплі.

Рис. 4. Гіпотеза виникнення взаємодії білків та нуклеїнових кислот: а) у процесі самокопіювання РНК накопичуються помилки (1 — нуклеотиди, що відповідають вихідній РНК; 2 — нуклеотиди, що не відповідають вихідній РНК, — помилки у копіюванні); б) на частину молекули РНК за рахунок її фізико-хімічних властивостей"налипають" амінокислоти (3 - молекула РНК; 4 - амінокислоти), які, взаємодіючи один з одним, перетворюються на короткі білкові молекули - пептиди. В результаті властивого молекулам РНК самосплайсингу незахищені пептидами ділянки молекули РНК руйнуються, а ті, що залишилися, «зростаються» в єдину молекулу, що кодує великий білок. В результаті виникає молекула РНК, покрита білковим чохлом (подібну будову мають і найпримітивніші сучасні віруси, наприклад вірус тютюнової мозаїки)

Явище коацервації полягає в тому, що в деяких умовах (наприклад, у присутності електролітів) високомолекулярні речовини відокремлюються від розчину, але не у формі осаду, а у вигляді більш концентрованого розчину — коацервату. При струшуванні коацерват розпадається окремі дрібні крапельки. У воді такі краплі покриваються гідратною оболонкою, що їх стабілізує (оболонкою з молекул води) — рис. 5.

Коацерватні краплі мають деяку подобу обміну речовин: йод впливом суто фізико-хімічних сил вони можуть вибірково вбирати з розчину деякі речовини і виділяти в довкілля продукти їхнього розпаду. За рахунок вибіркового концентрування речовин з навколишнього середовища вони можуть зростати, але досягненні певного розміру починають «розмножуватися», відпочковуючи маленькі крапельки, які, у свою чергу, можуть рости і «брунькуватися».

Коацерватні краплі, що виникли в результаті концентрування білкових розчинів, в процесі перемішування під дією хвиль і вітру можуть покриватися оболонкою з ліпідів: одинарною, що нагадує міцели мила (при одноразовому відриві краплі від поверхні води, покритої ліпідним шаром), або подвійною, що нагадує клітинну мембрану при повторному падінні краплі, покритої одношаровою ліпідною мембраною, на ліпідну плівку, що покриває поверхню водоймища (рис. 5).

Процеси виникнення коацерватних крапель, їх зростання та «брунькування», а також «одягання» їхньою мембраною з подвійного ліпідного шару легко моделюються в лабораторних умовах.

Для коацерватних крапель також існує процес «природного відбору», коли в розчині зберігаються найбільш стабільні краплі.

Незважаючи на зовнішню схожість коацерватних крапель з живими клітинами, у коацерватних крапель відсутня головна ознакаживого - здатність до точного самовідтворення, самокопіювання. Очевидно, попередниками живих клітин з'явилися такі коацерватні краплі, до складу яких увійшли комплекси молекул-реплікаторів (РНК або ДНК) і білків, що кодуються ними. Можливо, комплекси РНК-білок тривалий час існували поза коацерватними краплями у вигляді так званого «вільноживучого гена», а можливо, їх формування проходило безпосередньо всередині деяких коацерватних крапель.

Можливий шлях переходу від коацерватних крапель до примітивних кльош:

а) утворення коацервату; 6) стабілізація коацерватних крапель у водному розчині; в) формування навколо краплі подвійного ліпідного шару, схожого на клітинну мембрану: 1 — коацерватна крапля; 2 - мономолекулярний шар ліпіду на поверхні водойми; 3 - формування навколо краплі одинарного ліпідного шару; 4 - формування навколо краплі подвійного ліпідного шару, схожого на клітинну мембрану; г) - коацерватна крапля, оточена подвійним ліпідним шаром, з білково-нуклеотидним комплексом, що увійшов до її складу, - прообраз першої живої клітини

Винятково складний, не зовсім зрозумілий сучасної науці процес виникнення життя Землі пройшов з історичної погляду надзвичайно швидко. Вже 3,5 млрд. років т.зв. хімічна еволюція завершилася появою перших живих клітин та почалася біологічна еволюція.

Гіпотези виникнення життя Землі

Проблема життя та живого є об'єктом дослідження багатьох природних дисциплін, починаючи з біології та завершуючи філософією, математикою, що розглядають абстрактні моделі феномена живого, а також фізикою, що визначає життя з позицій фізичних закономірностей. Багатовікові дослідження та спроби вирішення цих питань породили різні гіпотези виникнення життя.

Відповідно до двох світоглядними позиціями– матеріалістичної та ідеалістичної – ще у давній філософії склалися протилежні концепції походження життя: креаціонізм та матеріалістична теорія походження органічної природи з неорганічної. Прихильники креаціонізму стверджують, що життя виникло внаслідок акта божественного творіння, свідченням чого є наявність у живих організмах особливої ​​сили, яка керує всіма біологічними процесами. Прихильники походження життя з неживої природи стверджують, що природа виникла завдяки дії природних законів. Пізніше цю концепцію було конкретизовано ідеї самозародження життя.

Отже, є такі гіпотези походження життя.

1. Креаціонізм . Відповідно до концепції креаціонізму, життя виникло в результаті надприродних, тобто порушують закони фізики, подій у минулому. Концепції креаціонізму дотримуються послідовники багатьох найпоширеніших релігій. Згідно з традиційними юдейсько-християнськими уявленнями про створення світу, викладеними в Книзі Буття, світ і всі організми, що його населяють, були створені всемогутнім Творцем за 6 днів тривалістю 24 години. Однак нині багато християн не ставляться до Біблії як до наукової книги і вважають, що в ній у зрозумілій для всіх людей усіх часів формі викладено теологічне одкровення про створення богом усіх живих істот.

Логічно може бути протиріччя між науковим і богословським поясненнями створення світу т.к. ці дві сфери мислення взаємно виключають одне одного. Богослов'я пізнає істину через божественне одкровення і віру і визнає речі, яким немає доказів у науковому значенні слова. Наука широко використовує спостереження та експеримент, наукова істина завжди містить елемент гіпотези, тоді як для віруючого абсолютна теологічна істина. Процес божественного створення світу мислиться як який мав місце одного разу, тому недоступний для спостереження. Концепція божественного створення світу перебуває поза рамками наукового дослідження, тому наука, що займається явищами, піддаються спостереженню, будь-коли зможе ні довести, ні спростувати цю концепцію.

На користь невипадкового характеру процесу зародження та розвитку життя говорить антропний принцип, сформульований у 70-ті роки ХХ століття. Його сутність полягає в тому, що навіть незначні відхилення значення будь-якої з фундаментальних константпризводить до неможливості появи у Всесвіті високоупорядкованих структур і, отже, життя. Так, збільшення постійної Планка на 10% позбавляє протон можливості поєднатися з нейтроном, тобто. унеможливлює первинний нуклеосинтез. Зменшення постійної Планка на 10% призвело б до утворення стійкого ізотопу 2 Не, наслідком чого стало б вигоряння всього водню на ранніх етапах розширення Всесвіту. Невипадковий характер значень фундаментальних констант може казати про наявність “творчого задуму” від початку освіти Всесвіту, що передбачає наявність Творця – автора цього задуму.

2. Гіпотеза спонтанного зародження життя . Згідно з Аристотелем, певні “частинки” речовини містять якийсь “активний початок”, яке за сприятливих умов може створити живий організм.

Гіпотеза спонтанного зародження життя була поширена у Давньому Китаї, Вавилоні та Єгипті як альтернативу креаціонізму. Після Емпедоклом, однією з перших висловили ідею органічної еволюції, концепції спонтанного зародження життя дотримувався Аристотель, пов'язував всі організми у єдину “сходи природи“. Згідно з Аристотелем, певні “частинки” речовини містять якийсь “активний початок”, яке за сприятливих умов може створити живий організм. Цей початок, на думку Аристотеля, присутній у заплідненому яйці, сонячному світлі, Тина і гниючий м'яса. У 1688 р. італійський лікар Франческо Реді поставив під сумнів теорію самозародження життя і провів ряд експериментів, в яких показав, що життя може виникати тільки з попереднього життя (концепція біогенезу). Остаточно спростував теорію спонтанного зародження життя і довів справедливість теорії біогенезу Луї Пастер (1860). Досліди Л. Пастера продемонстрували, що мікроорганізми з'являються в органічних розчинах через те, що туди раніше були занесені їхні зародки. Якщо посудину з живильним середовищем захистити від занесення до нього мікробів, то жодного самозародження життя не відбувається.

Концепція самозародження, попри помилковість, зіграла позитивну роль; Досліди, покликані її підтвердити, представили багатий емпіричний матеріал для розвивається біологічної науки. Остаточна відмова від ідеї самозародження відбулася лише в XIX ст.

Підтвердження теорії біогенезу породило проблему першого живого організму, з якого виникли всі інші. У всіх теоріях (крім теорії стаціонарного стану) мається на увазі, що на якійсь стадії історії життя відбувся перехід від неживого до живого. Як це сталося?

3. Гіпотеза стаціонарного стану . Згідно з цією гіпотезою, Земля ніколи не виникала, а існувала вічно; Земля завжди була здатна підтримувати життя. Види існували завжди, кожен вид має лише дві можливості: зміна чисельності чи вимирання.

4. Гіпотеза панспермії стверджує, що життя могло виникнути один або кілька разів у різний часта у різних місцях Всесвіту. Ця гіпотеза виникла у 60-ті роки XIXстоліття та пов'язана з ім'ям німецького вченого Г. Ріхтера. Пізніше концепцію панспермії поділяли такі великі вчені, як С. Арреніус, Г. Гельмгольц, В.І. Вернадський. Для обґрунтування цієї теорії використовуються спостереження за НЛО, наскельні зображення давніх, схожих на ракети та інопланетян тощо. Радянські та американські космічні дослідження дозволяють вважати ймовірність виявлення позаземного життя в межах Сонячної системи нікчемною, проте не дають підстав для підтвердження чи спростування існування життя за її межами. При вивченні матеріалу метеоритів та комет у них було виявлено багато “попередників живого” (ціаногени, синильна кислота та ін.), які могли б зіграти роль ”насіння” життя. Як би там не було, теорія панспермії не є теорією виникнення життя як такого; вона просто переносить проблему виникнення життя в інше місце Всесвіту.

На початку XX ст. ідею космічного походженнябіологічних систем Землі та вічності існування життя у космосі розвивав російський учений академік В.І. Вернадський.

5. Гіпотеза вічного існування життя . Вона була висунута у ХІХ ст. Було висловлено припущення, що життя існує у космосі та переноситься з однієї планети на іншу.

6. Гіпотеза біохімічної еволюції. Вік Землі оцінюється в 4,5-5 млрд років. У минулому температура на поверхні нашої планети становила 4000-8000 градусів за Цельсієм. У міру остигання вуглець і більш тугоплавкі метали конденсувалися, утворюючи земну кору; внаслідок вулканічної діяльності, безперервних рухів кори та стиснення, викликаного охолодженням, відбувалося утворення складок та розривів. Атмосфера Землі в давнину була, очевидно, відновною (у найдавніших породах Землі є метали у відновлювальній формі, наприклад двовалентне залізо, молодші породи містять метали в окисленій формі, наприклад, тривалентне залізо). Кисень у атмосфері практично був відсутній. Поява життя тісно пов'язана із виникненням земних океанів, що сталося близько 3,8 млрд. років тому. Палеонтологічні дані свідчать, що температура води в них була не надто низькою, але й не перевищувала 58 °С. Сліди найдавніших організміввиявлені у пластах, вік яких оцінюється у 3,2-3,5 млрд років.

Гіпотеза біохімічної еволюції було викладено академіком А.І. Опаріним (1894-1980 рр.) у книзі «Походження життя», опублікованій в 1924 р. Він заявив, що принцип Реді, який запроваджує монополію біотичного синтезу органічних речовин, справедливий лише для сучасної добиіснування нашої планети. На початку ж свого існування, коли Земля була неживою, на ній відбувалися абіотичні синтези вуглецевих сполук та їх подальша передбіологічна еволюція.

Суть гіпотези Опаріна полягає у наступному: зародження життя Землі – тривалий еволюційний процес становлення живої матерії в надрах неживий. Сталося це шляхом хімічної еволюції, внаслідок якої найпростіші органічні речовини утворилися з неорганічних під впливом сильнодіючих фізико-хімічних факторів.

Поява життя А.І. Опарін розглядав як єдиний природний процес, який складався з тих, що протікали в умовах ранньої Земліпервісної хімічної еволюції, яка поступово перейшла на якісно новий рівень- Біохімічну еволюцію. Розглядаючи проблему виникнення життя шляхом біохімічної еволюції, Опарін виділяє три етапи переходу від неживої матерії до живої.

Перший етап - хімічна еволюція . Коли Земля була ще неживою (близько 4 млрд років тому), на ній відбувалися абіотичний синтез вуглецевих сполук та їх наступна передбіологічна еволюція. Для цього періоду еволюції Землі характерні численні вулканічні виверження з викидом величезної кількості розпеченої лави. У міру остигання планети водяні пари, що знаходилися в атмосфері, конденсувалися і обрушувалися на Землю зливами, утворюючи величезні водні простори (первинний океан). Ці процеси тривали багато мільйонів років. У водах первинного океану було розчинено різні неорганічні солі. Крім того, в океан потрапляли й різні органічні сполуки, які безперервно утворюються в атмосфері під дією ультрафіолетового випромінювання, високої температури та активної вулканічної діяльності. Концентрація органічних сполук постійно збільшувалася, і, зрештою, води океану стали « бульйоном» з білковоподібних речовин - пептидів.

Рисунок 26 – Схема виникнення життя за Опаріном

Другий етап - поява білкових речовин . У міру пом'якшення умов на Землі, під впливом на хімічні суміші первинного океану електричних розрядів, теплової енергії та ультрафіолетових променів стало можливим утворення складних органічних сполук – біополімерів та нуклеотидів, які, поступово об'єднуючись та ускладнюючись, перетворювалися на протобіонтів (Доклітинних предків живих організмів). Підсумком еволюції складних органічних речовин стала поява коацерватів, або коацерватних крапель. Коацервати – комплекси колоїдних частинок, розчин яких поділяється на два шари: шар, багатий колоїдними частинками, та рідина, майже вільну від них. Коацервати мали здатність поглинати різні речовинирозчинені у водах первинного океану. В результаті внутрішня будовакоацерватів змінювалося у бік підвищення їхньої стійкості в постійно мінливих умовах. Теорія біохімічної еволюції розглядає коацервати як передбіологічні системи, що являють собою групи молекул, оточені водяною оболонкою. Так, наприклад, коацервати здатні поглинати речовини з навколишнього середовища, вступати у взаємодію один з одним, збільшуватися в розмірах і т.д. Однак на відміну від живих істот коацерватні краплі не здатні до самовідтворення та саморегулювання, тому їх не можна віднести до біологічних систем.

Третій етап - формування здатності до самовідтворення, поява живої клітини . У цей час почав діяти природний відбір, тобто. у масі коацерватних крапель відбувався відбір коацерватів, найбільш стійких до цих умов середовища. Процес відбору тривав багато мільйонів років. Коацерватні краплі, що збереглися, вже мали здатність до первинного метаболізму – головної властивості життя. Разом з тим, досягнувши певних розмірів, материнська крапля розпадалася на дочірні, що зберігають особливості материнської структури. Таким чином, можна говорити про придбання коацерватами властивості самовідтворення – одного з найважливіших ознакжиття. По суті, на цій стадії коацервати перетворилися на найпростіші живі організми. Подальша еволюція цих передбіологічних структур була можлива лише за ускладнення обмінних процесів усередині коацервата.

Внутрішнє середовище коацервату потребувало захисту від впливів навколишнього середовища. Тому навколо коацерватів, багатих на органічні сполуки, виникли шари ліпідів, що відокремили коацерват від навколишнього його. водного середовища. У процесі еволюції ліпіди трансформувалися в зовнішню мембрану, що значно підвищило життєздатність та стійкість організмів. Поява мембрани зумовило напрямок подальшої біологічної еволюції шляхом все більш досконалої авторегуляції, що завершилася утворенням первинної клітини – археклетки. Клітина – елементарна біологічна одиниця, структурно-функціональна основа всього живого. Клітини здійснюють самостійний обмін речовин, здатні до поділу та саморегулювання, тобто. мають всі властивості живого. Утворення нових клітин із неклітинного матеріалу неможливе, розмноження клітин відбувається лише завдяки поділу. Органічне розвиток сприймається як універсальний процес клітиноутворення.

У структурі клітини виділяють: мембрану, що відмежовує вміст клітин від зовнішнього середовища; цитоплазму, що являє собою соляний розчин з розчинними та зваженими ферментами та молекулами РНК; ядро, що містить хромосоми, що складаються з молекул ДНК та приєднаних до них білків.

Отже, початком життя слід вважати виникнення стабільної самовідтворювальної органічної системи(Клітки) з постійною послідовністю нуклеотидів. Тільки після таких систем можна говорити про початок біологічної еволюції.

Перехід від неживого до живого здійснився після того, як на базі попередників виникли та розвинулися зачатки двох основних життєвих систем: системи обміну речовин та системи відтворення матеріальних основ живої клітини.

Імовірність того, що білкова молекула, Що складається з 100 амінокислот 20 видів, буде випадковим чином сформована за певним зразком дорівнює 1/20 100 ≈1/10 130 . Жива клітина– комплекс взаємодіючих білків, ліпідів та нуклеотидів, що утворюють генетичний код. У найпростішій клітині міститься понад 2000 ферментів. Імовірність випадкової освіти таких складних структур мала.

Можливість абіогенного синтезу біополімерів було експериментально доведено в середині XX ст. У 1953 р. американський вчений С. Міллер змоделював первинну атмосферу Землі та синтезував оцтову та мурашину кислоти, сечовину та амінокислоти шляхом пропускання електричних зарядів через суміш газів (вода, вуглекислий газ, водень, азот, метан) Таким чином було продемонстровано, як під дією абіогенних факторів можливий синтез складних органічних сполук.

Незважаючи на теоретичну та експериментальну обґрунтованість, концепція Опаріна має як сильні, так і слабкі сторони. Сильною стороноюконцепції є досить точне експериментальне обгрунтування хімічної еволюції, за якою зародження життя закономірним результатом передбіологічної еволюції матерії. Переконливим аргументом на користь цієї концепції є можливість експериментальної перевірки її основних положень. Слабкою стороною концепції є неможливість пояснення моменту стрибка від складних органічних сполук до живих організмів.

Одну з версій переходу від передбіологічної до біологічної еволюції пропонує німецький учений. Ейґен. Відповідно до його гіпотези виникнення життя пояснюється взаємодією нуклеїнових кислот та протеїнів. Нуклеїнові кислоти є носіями генетичної інформаціїа протеїни служать каталізаторами хімічних реакцій. Нуклеїнові кислоти відтворюють себе та передають інформацію протеїнам. Виникає замкнутий ланцюг – гіперцикл, у якому процеси хімічних реакцій самоприскорюються з допомогою каталізаторів. У гіперциклах продукт реакції одночасно виступає і каталізатором і вихідним реагентом. Такі реакції називаються автокаталітичними.

Інший теорією, у межах якої можна пояснити перехід від передбіологічної еволюції до біологічної, є синергетика . Закономірності, відкриті синергетикою, дозволяють прояснити механізм виникнення органічної матерії з неорганічної в термінах самоорганізації через спонтанне виникнення нових структур під час взаємодії відкритої системи довкіллям.

Існує гіпотеза про можливе занесення бактерій, мікробів та інших дрібних організмів за допомогою занесення небесними тілами. Організми розвивалися й у результаті тривалих перетворень, поступово з'являлося життя Землі. У гіпотезі розглядаються організми, здатні функціонувати навіть у безкисневому середовищі та в аномально високих чи низьких температурах.

Це пов'язано з перебуванням бактерій-переселенців на астероїдах і метеоритах, які є уламками від зіткнень планет або інших тіл. Через наявність зносостійкої зовнішньої оболонки, а також завдяки здатності уповільнювати всі процеси життєдіяльності (іноді перетворюючись на суперечку), такого роду життя здатне пересуватися дуже тривалий час і на дуже далекі відстані.

При попаданні ж у більш гостинні умови, міжгалактичні мандрівники активують основні життєзабезпечуючі функції. І самі того не розуміючи, утворюють з часом, життя Землі.

Живе з неживого

Факт існування синтетичних та органічних речовин у наші дні незаперечний. Більш того, ще в далекому дев'ятнадцятому столітті, німецький вчений Фрідріх Велер синтезував органічну речовину (сечовину) з неорганічного (ціанат амонію). Потім було синтезовано вуглеводні. Отже, життя планети Земля цілком імовірно зародилася шляхом синтезу з неорганічного матеріалу. Через абіогенез висуваються теорії походження життя.

Оскільки основну роль будові будь-якого органічного організму становлять амінокислоти. Логічно було б припустити про їхню причетність до заселення Землі життя. На даних, отриманих від експерименту Стенлі Міллера та Гарольда Юрі (утворення амінокислот, перепусткою електричного зарядучерез гази), можна говорити про можливість утворення амінокислот. Адже амінокислоти – це цегла, за допомогою якої будуються складні системи організму та будь-якого життя відповідно.

Космогонічна гіпотеза

Напевно найпопулярніше з усіх трактування, яке знає кожен школяр. Теорія великого вибуху була і залишається актуальною темою для гарячих обговорень. Великий вибух стався від сингулярної точки скупчення енергії, внаслідок звільнення якої значно розширився Всесвіт. Утворилися космічні тіла. Незважаючи на всю спроможність, Теорія великого вибуху не пояснює утворення самого Всесвіту. Як і не може пояснити жодна існуюча гіпотеза.

Симбіоз органел ядерних організмів

Цю версію зародження життя Землі, ще називають эндосимбиозом. Чіткі положення системи були складені російським ботаніком та зоологом К. С. Мережковським. Суть даної концепції полягає у взаємовигідному співіснуванні органели з клітиною. Що у свою чергу дозволяє припустити про ендосимбіоз, як про вигідний для обох сторін симбіоз з утворенням клітин еукаріотів (клітини в яких присутні ядро). Потім за допомогою передачі генетичної інформації між бактеріями, здійснювалося їх розвиток та збільшення популяції. Згідно з цією версією, всі подальший розвитокжиття та життєвих форм, має попереднього предка сучасних видів.

Самозародження

Такого виду твердження в дев'ятнадцятому столітті не могло не сприйматися без частки скепсису. Раптова поява видів, а саме утворення життя з неживого, здавалося фантастикою для тогочасних людей. При цьому гетерогенез (Спосіб розмноження, в результаті якого народжуються особини, які сильно відрізняються від батьківських) визнавався обґрунтованим поясненням життя. Простим прикладомбуде утворення складної життєздатної системи з речовин, що розкладаються.

Приміром у тому ж Єгипті, єгипетські ієрогліфи повідомляють про появу різноманітного життя з води, піску, залишків рослин, що розкладаються і гниють. Ця новина нітрохи не здивувала б давньогрецьких філософів. Там переконання про зародження життя з неживого сприймалося як факт, що не потребує обґрунтування. Великий грецький філософ Аристотель, так говорив про зриму істину: ” попелиця утворюється з протухлих продуктів харчування, Крокодил – результат процесів у гниючих колод, що під водою”. Загадково, але незважаючи на всілякі переслідування з боку церкви, переконання під лоном таємниці, прожило ціле століття.

Суперечки про життя Землі що неспроможні тривати вічно. Саме тому, наприкінці ХІХ століття, французький мікробіолог і хімік Луї Пастер проводив свої аналізи. Його дослідження мали суворо науковий характер. Експеримент проводився у 1860–1862. Завдяки виведенню суперечки із сонного стану, Пастер зміг вирішити питання про самозародження життя. (За що йому присудила премію Французька академія наук)

Створення сущого із звичайної глини

Звучить як безумство, але насправді ця тема має право життя. Адже не дарма Шотландський учений-досліджував А.ДЖ.Кернс-Сміт, висунув білкову теорію про життя. Міцно складаючи основу з схожих досліджень, він говорив про взаємодію на молекулярному рівні між органічними складовими та простою глиною… Виявляючись під її впливом, компоненти утворювали стійкі системи, у яких відбувалися зміни у структурі обох складових, а потім і утворенням заможного життя. Ось таким унікальним та оригінальним чином пояснював свою позицію Кернс-Сміт. Кристали глини, з які у ній біологічними включеннями, зароджували життя разом, після чого їх “співробітництво” закінчувалося.

Теорія постійних катастроф

Згідно з концепцією, розробленою Жоржем Кюв'є, світ, який прямо зараз можна бачити, зовсім не є первинним. А чим він є, так це всього лише черговою ланкою ланцюжка, що послідовно розривається. Це означає, що ми живемо у світі, який згодом зазнає масового вимирання життя. При цьому не все на Землі зазнавало глобального знищення (наприклад, наступав потоп). Деякі види, у перебіг своєї пристосованості виживали, цим заселяючи Землю. Будова видів та життя, за словами Жоржа Кюв'є, залишалася незмінною.

Матерія як об'єктивна реалія

Головна тема вчення - різні сфери та області, що наближають до розуміння еволюції, з погляду точних наук. (матеріалізм - світогляд у філософії, що розкриває всі причинно-наслідкові обставини, явища та фактори реальності. Закони застосовні до людини, суспільства, Землі). Теорія висунута відомими прихильниками матеріалізму, які вважають, що Землі зародилася від перетворень лише на рівні хімії. При тому, що відбувалися майже 4 мільярди років тому. Пояснення життя має прямий зв'язок із ДНК, (дезокси рибонуклеїнова кислота) РНК (рибонуклеїнова кислота), а також до деяких ВМС (високомолекулярних сполук, даному випадку- Білкам.)

Концепція утворилася за допомогою наукових досліджень, що розкривають суть молекулярної та генетичної біології, генетики. Джерела авторитетні, особливо з огляду на їх молодість. Адже дослідження гіпотези про світ РНК почали проводитися наприкінці двадцятого століття. Величезний внесок у теорію зробив Карл Річард Вёзе.

Вчення Чарльза Дарвіна

Говорячи про походження видів, неможливо не згадати такої воістину геніальної людини, як Чарльз Дарвін. Робота його життя – природний відбір, що поклала початок масовим атеїстичним рухам. З іншого боку, дала небувалий поштовх науці, невичерпний ґрунт для досліджень та експериментів. Суть вчення полягала у виживанні видів протягом усієї історії, шляхом пристосування організмів до місцевих умов, утворення нових ознак, що допомагають в умовах конкуренції.

Під еволюцією мають на увазі деякі процеси, спрямовані на зміну життя організму і самого організму з часом. Під спадковими ж рисами, мають на увазі передачу поведінкової, генетичної, або іншого роду інформації (передачею від материнського до дочірнього.)

Основними силами руху еволюції, за Дарвіном є боротьба право на існування, шляхом відбору та мінливості видів. Під впливом Дарвінівських ідей, на початку ХХ століття, активно проводилися дослідження щодо екології, і навіть генетики. Докорінно змінювалося викладання зоології.

Творіння Бога

Багато людей з усього земної кулідосі сповідують віру в Бога. Креаціонізм є тлумаченням освіти життя Землі. Тлумачення складається із системи тверджень, заснованих на біблії, і розглядає життя, як створене богом-творцем істота. Дані беруться з “ Старого заповіту”, “Євангелія” та інших священних писань.

Інтерпретації створення життя в різних релігіяху чомусь схожі. Орієнтуючись по біблії, Земля було створено сім днів. Небо, що світило небесне, вода тощо, створювалося п'ять днів. На шостий Бог створив Адама з глини. Побачивши самотню, самотню людину, Бог вирішив створити ще одне диво. Взявши ребро Адама, він створив Єву. Сьомий день визнавався вихідним.

Жили Адам з Євою без бід, доки зловтішний диявол в образі змії не вирішив спокусити Єву. Адже посеред раю стояло дерево пізнання добра і зла. Перша мати запропонувала Адаму розділити трапезу, тим самим порушивши слово, це Богу(Він заборонив чіпати заборонені плоди.)

Перші люди виганяються в наш світ, тим самим розпочинаючи історію всього людства та життя на Землі.

Цілі уроку:

Розширення та узагальнення знань учнів про різні погляди виникнення життя Землі;

Створення проблемно-орієнтованого розвиваючого середовища як умови розкриття інтелектуального потенціалу особи випускника середньої школи.

Обладнання:

Портрети видатних вчених та філософів минулого;

Презентації: "Креаціонізм", "Розвиток уявлень про виникнення життя";

Картка для виконання лабораторної роботи: "Аналіз та оцінка різних гіпотез походження життя";

Картка “ Короткий словниктермінів”;

Комп'ютер, проектор, екран.

Хід уроку

1. Актуалізація знань.

Відмінності живого від неживого та визначення поняття “життя”. (коротка розмова).

2. Вступне слово вчителя.

Життя існує Землі 4,5 мільярда років. Вона заповнює всі куточки нашої планети. Озера, річки, моря, океани, гори, рівнини, пустелі, навіть повітря – населені живими істотами. Передбачається, що за історію життя на Землі існувало близько 4,5 млрд. видів тварин і рослин.

Як виникло та розвивалося життя на нашій планеті? Проблема походження життя здавна приковувала до себе людську думку. З давніх-давен і до нашого часу було висловлено безліч гіпотез про походження життя на Землі. Але й досі немає остаточної відповіді. Досліджуючи історію розвитку уявлень про виникнення життя, ми можемо лише ознайомитися з науковими теоріями, запропонованими вченими, з результатами їх досліджень з цього питання.

З давніх-давен і до нашого часу було висловлено безліч гіпотез про походження життя на Землі. Однак усе їх різноманіття зводиться у двох взаємовиключних точок зору.

Прихильники теорії біогенезу (від грец. Біо - життя і генезис - походження) вважали, що все живе походить тільки від живого. Їх противники захищали теорію абіогенезу вважали за можливе походження живого від неживого, тобто тією чи іншою мірою допускали самозародження життя.

Ми можемо спостерігати елементи матеріалістичних і ідеалістичних поглядів, що пронизують всю історію формування поглядів виникнення життя з найдавніших часів донині.

Виникнення Землі

З точки зору сучасної наукиСонце і планети виникли одночасно з міжзоряної речовини – частинок пилу та газу. Ця холодна речовина поступово ущільнювалася, стискалася, а потім розпалася на кілька нерівних згустків. Один із них, найбільший, дав початок Сонцю. Його речовина, продовжуючи стискатися, розігрілася, навколо неї утворилася обертова газопилова хмара, яка мала форму диска. Зі щільних згустків цієї хмари виникли планети. Земля утворилася приблизно 4,5 млрд років тому. Вчені визначили це за віком найдавніших гірських порід.

Теорія стаціонарного (постійного) стану

Як свідчить теорія стаціонарного стану, Земля будь-коли виникала, а існувала вічно; умови навколишнього середовища були завжди можливі для того, щоб підтримувати життя, а якщо і змінювалися, то не на багато. Відповідно до цієї версії, види живих істот також ніколи не утворювалися, вони існували завжди, і у кожного виду є лише дві можливі реальності - або зміна чисельності, або вимирання. Але гіпотеза стаціонарного стану докорінно суперечить даним сучасної науки, зокрема астрономії, ці дані вказують на кінцеве існування часу життя будь-яких зірок і, відповідно, планетарних систем навколо цих світил. За сучасними оцінками, що ґрунтуються на обліку швидкостей радіоактивного розпаду, вік Землі, Сонця та Сонячної системи обчислюється ~4,6 млрд. років. Тому ця гіпотеза звичайно розглядається академічною наукою.

Прибічники цієї теорії відмовляються визнавати, що наявність або відсутність певних копалин залишків (останків) може спрямовано акцентувати увагу на час виникнення або вимирання окремих, різних видів, і наводить як приклад представника кістеперих риб - латимерію (целаканта).

Теорія самозародження життя

Теорія спонтанного зародження виникла у стародавньому Китаї, Вавилоні та Греції як альтернативу креаціонізму, з яким вона співіснувала. Прихильником цієї теорії був і Арістотель. Її послідовники вважали, що певні речовини містять “активний початок”, яке за сприятливих умов може створити живий організм.

Серед мореплавців були відомі погляди появу бернакельського гусака. Цей гусак виростає на уламках сосни, що носяться морськими безоднями. Спочатку він має вигляд крапельки смоли. Він прикріплюється дзьобом до дерева і виділяє для безпеки тверду шкаралупу, в якій живе спокійно та безтурботно. Через деякий час у гусака виростає пір'я, і ​​тоді він сходить зі шматка кори у воду і починає плавати. А одного чудового дня змахує крилами і відлітає.

Протягом довгих століть, свято вірячи в акт Божественного творіння, люди, крім того, були твердо переконані, що життя постійно зароджується спонтанно. Ще давньогрецький філософ Аристотель писав, що не тільки рослини, хробаки, комахи, а й навіть риби, жаби та миші можуть народжуватися з вологого ґрунту чи гниючого мулу. Голландський вчений Ян Ван Гельмонта у XVII ст. описав свій досвід, стверджуючи, що живі миші нібито зароджувалися в нього із брудної білизни та жмені пшениці, замкнених у шафі. Інший натураліст, Гріндель фон Ах, так розповідав про самозародження живої жаби, яке нібито спостерігалося: «Хочу описати появу на світ жаби, яку мені вдалося спостерігати за допомогою мікроскопа. Одного разу я взяв краплю травневої роси і, ретельно спостерігаючи за нею під мікроскопом, помітив, що у мене сформується якась істота. Дбайливо спостерігаючи на другий день, я помітив, що з'явився вже тулуб, але голова ще здавалася не сформованою; продовжуючи свої спостереження на третій день, я переконався, що істота, що спостерігається мною, є не що інше, як жаба з головою і ногами. Рисунок, що додається, все пояснює”.

"Такі факти, - писав у своїй праці Арістотель, - живе може виникати в результаті не тільки спарювання організмів, але і в результаті розкладання грунту, самозароджуючись під дією сил природи з землі, що розкладається."

4. Коментар вчителя про оцінку досліджень проблеми походження життя у 18-19 століттях.

Проти такого підходу до проблеми зародження життя виступив італійський натураліст Франческо Реді. “Переконаність була б марною,- писав він,- якби її не можна було підтвердити експериментом. Тому я взяв дві судини, помістив туди вугра. Одна посудина була закрита, а інша залишалася відкритою. Можна було бачити, що личинки мух з'явилися тільки у відкритій посудині. Значить, личинки зароджуються не мимоволі, та якщо з відкладених мухами яєць.”

Але противники Реді, звані віталісти (від латів. витас -жизнь)- прибічники всепроникаючої життєвої сили- стверджували, що у закритий горщик було поступити повітря, разом із ним і “життєва сила”, тому личинки мух у закритій посудині і не з'являлися.

Тоді Реді поставив геніальний за простотою досвід. Він помістив мертвих змій у 2 судини, один залишив відкритим, інший закрив кисеєю. Через деякий час личинки мух з'явилися лише у відкритій посудині. Досвід переконував у тому, що рослини та тварини з'являються лише з насіння або яєць, що утворюються батьківськими особинами, але не можуть виникнути з неживої природи. А як бути із мікроорганізмами? Суперечки між прихильниками біогенезу та абіогенезу тривали.

У 1859 р. Французька академія наук призначила премію тому, хто покладе край суперечкам про самозародження життя. У 1862 р. премію отримав Луї Пастер. Він провів експеримент, який за простотою змагався з досвідом Реді. У колбах він кип'ятив м'ясний бульйон, де могли б розвиватися мікроорганізми. При кип'ятінні вони та їхні суперечки гинули. До колби Пастер приєднав вигнуту трубку, суперечки бактерій осідали в ній і не могли проникнути в живильне середовище, а доступ горезвісної "життєвої сили" був забезпечений. Поживне середовище залишалося стерильним, але варто було відламати трубку, як середовище загнивало. Згодом на основі досвіду Пастера були створені методи: пастеризації, консервації, вчення про асептику та антисептику. Такими були практичні підсумки теоретичної суперечки.

5. Виступи учнів щодо аналізу інших гіпотез походження життя Землі.

Гіпотези вічності життя у Всесвіті. Панспермія

Спростування Л. Пастером теорії мимовільного зародження життя зіграло двояку роль. З одного боку, представники ідеалістичної філософії побачили у його дослідах лише безпосереднє свідчення принципової неможливості переходу від неорганічної матерії до живих істот внаслідок дії лише природних сил природи. Це цілком узгоджувалося з їхньою думкою у тому, що виникнення життя необхідне втручання нематеріального початку – творця. З іншого боку, деякі матеріалістично мислячі натуралісти втратили тепер можливість використовувати явище самозародження життя як головний доказ своїх поглядів. Виникло уявлення вічності життя у всесвіті. Так виникла гіпотеза панспермії, яку висунув німецький хімік Ю. Лібіх (1803 – 1873).

Згідно з гіпотезою панспермії життя існує вічно і переноситься з планети на планету метеоритами. Найпростіші організми або їх суперечки (насіння життя), потрапляючи на нову планетуі знайшовши тут сприятливі умови, розмножуються, даючи початок еволюції від найпростіших форм до складних. Прихильником гіпотези панспермії був видатний вітчизняний дослідник природи В.І. Вернадський (1863 – 1945)

Особливо активно розвивав теорію панспермії шведський фізико-хімік С. Арреніус (1859–1927). У дослідах російського фізика П.М. Лебедєва (1866-1912), що відкрив тиск світлового потоку, С. Арреніус побачив доказ можливості перенесення суперечок мікроорганізмів із планети на планету. Життя переноситься, припускав він, не у вигляді мікроорганізмів на метеоритах, що розжарюються при входженні в щільні шари атмосфери, - самі суперечки можуть переміщатися у світовому просторі, що рухається тиском сонячного світла!

Надалі і цей погляд було відкинуто. В умовах космосу зачатки життя в тих формах, які відомі нам на Землі, мабуть, не можуть існувати, і всі спроби виявити в космосі будь-які форми життя не дали поки що позитивних результатів. Проте і деякі сучасні вчені висловлюють гіпотези про позаземне походженняжиття. Так, американські вчені Ф. Крик і Л. Оргел вважають, що Земля була “засіяна” якимись розумними істотами, мешканцями тих планетних систем, розвиток життя у яких випередило нашу Сонячну систему мільярди років. Спорядивши ракету і помісти в неї контейнер з найпростішими організмами, вони запустили її до Землі, попередньо встановивши, що на нашій планеті є необхідні умовидля життя. Зрозуміло, довести це не можна і категорично спростувати неможливо.

Одним із свідчень на користь гіпотези позаземного походження життя було виявлення всередині метеориту, названого ALH 84001 паличкоподібних утворень, що нагадують формою скам'янілі бактерії. Сам метеорит був частинкою марсіанської кори, яка була викинута в космос 16 млн років тому внаслідок вибуху на цій планеті. А 13 тис. років тому він упав на Землю, в Антарктиді, де й нещодавно був виявлений. Остаточно відповісти на запитання "Чи є життя на Марсі?" вдасться незабаром, коли будуть опубліковані звіти американського національного управління з аеронавтики та космічним дослідженням NASA. Ця організація здійснила запуск супутника на Марс з метою взяття зразків марсіанського ґрунту та тепер проводить обробку отриманого матеріалу. Якщо дослідження покажуть, що мікроорганізми населяли Марс, про занесення життя з космосу можна буде говорити з більшою часткою впевненості.

Теорія панспермії відводить нас від вирішення питання про походження життя на Землі: якщо життя виникло не на Землі, то як воно виникло поза нею? Ця теоріяне знайшла визнання у багатьох вчених (не пояснює походження життя)

Гіпотеза креаціонізму

Гіпотеза креаціонізму - погляд виникнення життя з погляду віруючих людей. Згідно з цією гіпотезою життя виникло в результаті якоїсь надприродної події в минулому. Її дотримуються послідовники всіх релігійних концесій світу-ісламу, християнства, буддизму, юдаїзму. З погляду цих релігій Всесвіт складається з матеріальної та духовної складових. Живу матерію, тобто тварину, рослинний світі людину породила духовна складова, тобто Бог. Прибічники цієї гіпотези наводять приклади особливостей живої матерії, які можна пояснити сучасної наукою і з погляду релігії демонструють існування Вищого Розуму. Наприклад: віруси складаються з білкової оболонки та ДНК. У клітці господаря для розмноження вірусу необхідно подвоїти молекулу ДНК, але для цього потрібна величезна енергія, хто ініціює цей процес? У рамках природничих наук питання поки що без відповіді.

Чи означає це, що властива багатьом стереотипна думка про те, що наука і релігія власне суперечливі вірна? Багато дослідників вважають, що наука та релігія це способи пізнання двох сторін єдиного світу- матеріальної та духовної реальності. Насправді вони мають протиставлятися, а доповнювати і підтримувати одне одного. Ось чому Альберт Ейнштейн говорив: "Наука без релігії ущербна, релігія без науки сліпа". Презентація 2

Гіпотеза біохімічної еволюції

Теорія біохімічної еволюції має найбільше прибічників серед сучасних учених. Земля виникла близько п'яти мільярдів років тому; Спочатку температура її поверхні була дуже високою. У міру її остигання утворилися тверда поверхня (літосфера). Атмосфера, що спочатку складалася з легких газів (водень, гелій), не могла ефективно утримуватися недостатньо щільною Землею, і ці гази замінювалися більш важкими: водяною парою, вуглекислим газом, аміаком та метаном. Коли температура Землі опустилася нижче 100 ° C, водяна пара почала конденсуватися, утворюючи світовий океан. Саме тоді з первинних сполук і утворювалася складні органічні речовини; енергію для реакцій синтезу доставляли грозові розряди та інтенсивна ультрафіолетова радіація. Нагромадженню речовин сприяла відсутність живих організмів – споживачів органіки – та головного окислювача – кисню.

Первинні органічні речовини (білки) могли створюватися з неорганічних за умов відновного характеру атмосфери з допомогою енергії потужних електричних розрядів. Білкові структури (протобіонти, за термінологією Опарину) завдяки амфотерності утворювали колоїдні гідрофільні комплекси (притягували до себе молекули води) із загальною водною оболонкою. Ці комплекси могли відокремлюватися від усієї маси води і зливались один з одним, утворюючи коацерватні краплі (коацервація - мимовільний поділ водного розчину полімерів на фази з різною їх концентрацією). У коацерватах речовини вступали у подальші хімічні реакції (відбулося вибіркове поглинання іонів металів та утворення ферментів). Ускладнення протобіонтів досягалося відбором таких коацерватних крапель, які мали перевагу в кращому використанні речовин та енергії середовища. На кордоні між коацерватами та зовнішнім середовищемз ліпідів сформувалася примітивна мембрана, що спричинило виникнення першої клітини.

Сучасна наука розглядає абіогенне виникнення життя на Землі, вважаючи цю теорію найвірогіднішою. Абіогенез складається із трьох основних етапів розвитку життя:

1. Абіогенне виникнення біологічних мономерів.

2. Утворення біологічних полімерів.

3. Формування мембранних структур та первинних організмів (пробіонтів).

Нині проблему походження життя не вирішено. Вчені продовжують шукати шляхи її вирішення.

7. Виконання лабораторної роботи

Лабораторна робота
"Аналіз та оцінка різних гіпотез походження життя"

Мета дослідженняОхарактеризувати міфологічні уявлення давніх вчених, перші наукові спроби пояснення сутності та процесу виникнення життя, охарактеризувати експериментальні докази гіпотез: досліди Ф. Реді, погляди В. Гарвея, експерименти Л. Пастера, теорію вічності життя, матеріалістичні уявлення про виникнення життя на Землі. Ознайомитись із твердженнями прихильників панспермії, гіпотезою про вічність життя у Всесвіті. Пояснити, чому ці теорії не знайшли визнання у багатьох учених.

Чи є представлені гіпотези доказовими? Чи допускають вони еволюційний розвиток природи? Чи можна вважати ці гіпотези науковими? Вкажіть знаком (+) або (-)

	Гіпотези походження життя	Доказовість гіпотези	Еволюційний розвиток	Науковість гіпотези
1	Креаціонізм
2	Віталізм - теорія самозародження життя
3	Теорія панспермії
4	Теорія стаціонарного стану
5	Теорія біохімічної еволюції

З проведеного аналізу зробіть висновок у тому, яка з гіпотез походження життя Землі є більш вірогідною.

Термінологічний словник

Життя - одна з форм існування матерії, що закономірно виникає за певних умов у процесі її розвитку. Організми відрізняються від неживих об'єктів обміном речовин, дратівливістю, здатністю до розмноження, зростання, розвитку, регуляції складу та функцій, до різних форм руху, пристосовуваність до середовища і т.п.

Абіогенез – теорія, згідно з якою живе може виникнути з неживого.

У широкому значенні абіогенез – спроба уявити виникнення живого з неживого.

Біогенез - теорія, за якою живе може виникнути лише з живого.

Віталізм - теорія, згідно з якою всюди присутня "життєва сила", яку достатньо "вдихнути", і неживе стане живим.

Креаціонізм - теорії, згідно з якою життя виникло в результаті якоїсь надприродної події в минулому, що найчастіше означає божественне творіння.

Панспермія - теорія, згідно з якою "насіння життя" було занесене на Землю з космосу разом з метеоритами або космічним пилом.

Коацервати – білкові комплекси, відокремлені від маси води, здатні обмінюватися речовинами з навколишнім середовищем та вибірково накопичувати різні сполуки.

Пробіонти - примітивні гетеротрофні організми, що виникли в первинному бульйоні.

8. Підбиття підсумків

Життя – це лише іскра у безмежній темряві: з'явиться, померкає та зникне назавжди.

Порівняно з нескінченністю часу термін людського життя лише зникаюче коротку мить, але це все, що нам тут дано.

Тому треба вести своє життя у світлі вічності і витрачати час і таланти на справи, які мають вічну цінність.

Домашнє завдання. Скласти у формі презентації відповіді на запитання:

1. У чому полягає цінність життя?

2. У чому сенс людського життя?

3. Чому треба берегти життя?